化工原理热传导

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,一、根本概念和傅立叶定律,1、温度场和等温面,温度场,物体或系统内部的各点温度分布的总和,温度场的数学表达式为,稳定温度场,不稳定温度场,温度场中各点的温度随时间而转变,温度场中各点的温度不随时间而转变,等温面,：,温度场中温度一样的点组成的面,2024/11/16,2、温度梯度,温度梯度,：,等温面法线方向上的温度变化率，用,gradt,表示。,温度梯度是向量，正方向指向温度增加的方向。,对于一维稳定的温度场，温度梯度可表示为：,3、付立叶定律,导热速率与,温度梯度,及,传热面积,成正比,2024/11/16,比例系数，,称为,导热系数,。,w/m,k,负号,表示热流方向与,温度梯度方向相反。,付立叶定律,2024/11/16,二、导热系数,1、导热系数的定义,在数值上等于,单位温度梯度下的热通量,，,是物质的,物理性质,之一,。,一般，金属的导热系数最大，非金属的固体次之，液体的较小，气体的最小。,2024/11/16,2、固体的导热系数,纯金属的导热系数一般随温度的上升而降低，,金属的导热系数大都随纯度的增加而增大。,非金属的建筑材料或绝热材料的导热系数随密度增加而增大，也随温度上升而增大。,3、液体的导热系数,在非金属液体中，水的导热系数最大。除水和甘油外，,绝大多数液体的导热系数随温度的上升而略有减小，,2024/11/16,纯液体的导热系数比溶液的导热系数大。,3、气体的导热系数,气体的导热系数很小，不利于导热，但有利于保温。,气体的导热系数随温度上升而加大。,在相当大的压强范围内，气体的导热系数随压强变化微小,留意：在传热过程中，物质内不同位置的温度可能不一样，因而导热系数也不同，在工程计算中常取导热系数的算术平均值。,2024/11/16,三、通过平壁的稳定热传导,1、单层平壁的稳定热传导,边界条件为：,x,=0,时，,t=t,1,x,=,b,时，,t=t,2,2024/11/16,R,导热热阻，,K/W,；,r,单位面积的导热热阻,。,传导距离,b,越大，传热面积和导热系数越小，传导热阻越大,2024/11/16,2、多层平壁的稳定热传导,2024/11/16,推广到,n,层平壁有：,多层平壁导热是一种串联的导热过程，串联导热过程的,推动力为各分过程温度差之和，即总温度差，总热阻为各分过程热阻之和，,也就是串联电阻叠加原则。,2024/11/16,四、圆筒壁的稳定热传导,1,、单层圆筒壁的热传导,仿照平壁热传导公式，通过该圆筒壁的导热速率可以表示为：,t,r,d,r,t,1,r,1,r,2,t,1,t,2,圆筒壁的热传导,Q,dr,r,r,1,r,2,t,1,t,2,2024/11/16,分别变量积分：,圆筒壁的导热热阻,这个式子也可以写成与平壁传导速率方程类似的形式,2024/11/16,圆筒壁的内外表面的对数平均面积，,m,2,当,r,2,/r,1,2,时可用算术平均值代替对数平均值,2024/11/16,2、多层圆筒壁的热传导,与多层平壁的稳定热传导计算类似，可导出：,2024/11/16,【例1】工业炉的炉壁，由以下三层组成：,耐火砖 1=1.4W/(mK),b1=225mm,保温砖 2=0.15W/(mK),b2=115mm,保温砖 3=0.8W/(mK),b3=225mm,今测得其内壁温度为930，外壁温度为55，求单位,面积的热损失。,解：由串联热阻的概念,2024/11/16,【,例,2】,在一,的钢管外包有两层绝热材料，,的氧化镁粉，平均导热系数,外层为,的石棉层，其平均导热系数,现用热电偶测得管内壁温度为,，最外层外表温度为,，管壁导热系数,试求每米管长的热损失及保温层界面温度。,里层为,每米管长的热损失,。,解：,2024/11/16,精品课件,！,2024/11/16,精品课件,！,2024/11/16,界面温度,解得：,2024/11/16,